《化工原理》复习提要下.docx
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《化工原理》复习提要下
总复习
第七章
1、相组成
例题:
含丙酮12.5%(质量分数)的水溶液,其密度为966.7kg/m3,试计算丙酮的摩尔分数、摩尔比及物质的量浓度。
xA=0.0425、XA=0.0444、cA=2.086
2、质量传递
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(1)等分子反方向传递(摩尔汽化潜热相等的蒸馏)
(2)一组分通过另一停滞组分(吸收操作)
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例题:
在直径为0.015、长度为0.52m的圆管中CO2气体通过N2的温度为383K,总压为158.6kPa,管两端CO2的分压分别为95.0kpa和12.0kpa。
试计算CO2的扩散通量。
已知该条件下CO2在N2中的扩散系数为0.165×10-4m2/s。
NA=1.32×10-6kmol/(m2·s)
3、对流传质
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例题:
在常压下,30℃的空气从厚6mm、长度为500mm的萘板的上下表面沿水平方向吹过。
在30℃下,萘的饱和蒸汽压为51.7pa,固体萘的密度为1152kg/m3,空气与萘板间的对流传质系数为0.0159m/s。
试计算萘板厚度减薄6%所需要的时间。
时间=1.38h
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习题
1、气体吸收属于_____,液体精馏属于_____,液体萃取属于_____,固体干燥属于______。
(气液传质过程、液液传质过程、液固传质过程、气固传质过程)
2、在平衡分离过程中,i和j两组分的分离因子aij越大,则该两组分()分离
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A、越容易B、越不容易C、不能够D、无法判断
3、在分子传质过程中,若漂流因素P总/PBM>1,则组分A的传质通量NA与组分A的扩散通量JA的关系为()。
A、NA=JAB、NA<JAC、NA>JAD、不好判断
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4、气体中的扩散系数DAB与温度T的关系(),与压强P的关系()
A、DAB∝T1.0B、DAB∝T0.5C、DAB∝T2.0D、DAB∝T1。
75
A、DAB∝P1.5B、DAB∝P0.5C、DAB∝P1.0D、DAB∝P-1.0
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第八章
1、亨利定律
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(1)表达式
(2)换算关系
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2、相平衡
(1)传质方向
Y>Y*或X<X*,则为吸收
Y=Y*或X=X*,则为平衡
Y<Y*或X>X*,则为解吸
(2)推动力
气液组成为Y、X,则推动力表示为(Y-Y*)或者(X*-X)
(3)传质极限
例题:
1、在常压及25℃下测得氨在水中平衡数据为:
组成为1gNH3/100gH2O的氨水上方的平衡分压为520Pa。
在该组成范围内相平衡关系符合亨利定律。
试求亨利系数、溶解度系数及相平衡常数。
稀氨水密度近似取为1000kg/m3。
E=4.952×104pa、m=0.489、H=1.12×10-3kmol/(m3·pa)
2、若
(1)氨水的温度与组成不变,而氨水上方的总压力升高到202.6kPa;
(2)氨水的组成与总压力不变,而氨水的温度升高到40℃,此时氨水上方的平衡分压为750Pa。
试求以上两种情况的亨利系数、溶解度系数及相平衡常数。
(1)E=4.952×104pa、m=0.244、H=1.12×10-3kmol/(m3·pa);
(2)E=7.413×104pa、m=0.705、H=7.76×10-4kmol/(m3·pa)
3、在总压为101.3kpa、温度为30℃的条件下,某含SO2为0.098(摩尔分数,下同)的混合空气与含SO2为0.0025的水溶液接触,试判断SO2的传递方向。
已知操作条件下气液相平衡关系为Y*=45.8X。
解吸
4、在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的CO2,空气中CO2的体积分数为8.5%。
操作条件为15℃、405.3kpa,15℃时CO2在水中的亨利系数为1.24×105kpa,吸收液中CO2的组成为x1=1.65×10-4.试求塔底处吸收总推动力△y、△x、△P、△c、△X、△Y。
3.416×10-2、1.129×10-4、13.99kpa、6.263×10-3kmol/m3、1.129×10-4、0.0397
3、速率关系
(1)膜吸收速率
(2)总吸收速率
例题:
1、用填料塔在101.3kpa及20℃下,以清水吸收混于空气中的甲醇蒸气。
若在操作条件下平衡关系符合亨利定律,甲醇在水中的亨利系数为27.8kpa。
测得塔内某截面处甲醇的气相分压为6.5kpa,液相组成为2.615kmol/m3,液膜吸收系数kL=2.12×10-5m/s,气相总吸收系数KG=1.125×10-5kmol/(m2·s·kpa)。
求该截面处
(1)膜吸收系数kG、ky及kx;1.533×10-5kmol/(m2·s·kpa)、1.533×10-3kmol/(m2·s)、1.176×10-3kmol/(m2·s)
(2)总吸收系数KL、Kx、Ky、KX、KY;5.64×10-6m/s、3.124×10-4kmol/(m2·s)、1.14×10-3kmol/(m2·s)、3.128×10-4kmol/(m2·s)、1.14×10-3kmol/(m2·s)
(3)吸收速率6.327×10-5kmol/(m2·s)
2、已知某低组成气体溶质被吸收时,平衡关系服从亨利定律,气膜吸收系数为3.15×10-7kmol/(m2·s·kpa),液膜吸收系数为5.86×10-5m/s,溶解度系数为1.45kmol/(m3·kpa)。
试求气膜阻力、液膜阻力和气相总阻力,并分析该吸收过程的控制因素。
3.175×106(m2·s·kpa)/kmol、1.706×104s/m、3.187×106(m2·s·kpa)/kmol、气膜控制
4、计算
(1)物料衡算
(2)吸收剂用量
例题:
在101.3kpa、20℃下用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的硫化氢。
已知混合气进塔的组成0.055(摩尔分数,下同),尾气出塔的组成为0.001。
操作条件下系统的平衡关系为p*=4.89×104xkpa,操作时吸收剂用量为最小用量的1.65倍。
(1)计算吸收率和吸收液的组成;98.3%、7.3×10-5
(2)若维持气体进出填料塔的组成不变,操作压力提高到1013kpa,求吸收液组成。
7.3×10-4
5、塔径塔高
(1)塔径
(2)塔高
1、在101.3kpa、20℃下用清水在填料塔内逆流吸收空气中所含的二氧化硫气体。
已知混合气摩尔流速为0.025kmol/(m2·s),二氧化硫的组成为0.032(体积分数)。
操作条件下气液平衡关系为Y=34.6X,气相总体积吸收系数为1.98kmol/(m3·h·kpa),操作时吸收剂用量为最小用量的1.55倍,要求二氧化硫的回收率为98.2%。
试求
(1)吸收剂的摩尔流速(kmol/(m2·s))1.275kmol/(m2·s)
(2)填料层高度。
3.782m
2、某工厂现有一直径为1.2m、填料层高度为8m的吸收塔,用清水逆流吸收空气中所含的有害气体。
已知操作压力为125kpa、温度为25℃。
现场测得入塔和出塔混合气体中溶质的含量分别为5.25%和0.055%(体积分数),出塔吸收液的组成为0.0155(摩尔分数)。
操作条件下的气液平衡关系为Y=2.12X,气相总体积吸收系数为65.5kmol/(m3·s)。
试核算:
(1)吸收剂用量是最小用量的多少倍;1.664
(2)该吸收塔的生产能力(单位:
m3混合气/年,每年7200h)9.477×106m3/年
3、在一逆流操作的填料塔中,用循环溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。
已知进塔气体组成为0.025(摩尔比,下同),操作液气比为1.62,操作条件下气液平衡关系为Y=1.23X,循环溶剂组成为0.0012。
出塔气体组成为0.0023。
现因解吸不良,循环溶剂组成变为0.0086,试求此时出塔气体组成。
0.0111
习题
1、吸收操作的依据是_____,以达到分离____混合物的目的。
2、若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示,则亨利定律的表达式____,E称为____,若E值很大,说明该气体为____气体。
3、吸收速率方程式中,KY是以____为推动力的____吸收系数,其单位是____。
4、
,其中
表示____,当H____时
可忽略,则该吸收过程为____控制。
5、增加吸收剂用量,操作线的斜率____,吸收推动力____。
6、对接近常压的低组成溶质的气液平衡系统,当温度升高时,亨利系数E将____,相平衡常数m将____,溶解度系数H将____。
A、增大B、不变C、减小D、不确定
7、如图所示为不同温度下某气体在水中的溶解度曲线,由图可知,温度t1、t2、t3由高到低的次序为____
A、t1、t2、t3
B、t1、t3、t2
C、t3、t2、t1
D、t2、t1、t3
8、在下列吸收过程中,属于气膜控制的过程是____。
A、水吸收氨B、水吸收硫化氢C、水吸收氢D、水吸收氧
塔设备
填料塔
1.填料的几何特性参数主要包括____、____、____等。
2.通常根据____、____及____三要素衡量填料性能(板塔呢?
)的优劣。
3.填料因子是指____________。
4.填料操作压降线(Dp/Z~u)大致可分为三个区域,即____、____和____。
填料塔操作时应控制在____区域。
5.()属于散装填料,()属于规整填料。
①格栅填料②波纹填料③矩鞍填料④鲍尔环填料⑤脉冲填料⑥弧鞍填料
6.填料的静持液量与()有关,动持液量与()有关。
①填料特性②液体特性③气相负荷④液相负荷
7.()越小,()越大,越易发生液泛。
①填料因子②气体密度③液体密度④液体粘度⑤操作液气比
8、填料因子
值减小,泛点气速uF_____
A、减小B、增大C、不变D、不确定
板式塔
1.塔板的主要类型有____、____、____、____等。
2.气体通过塔板的总压降包括____、____和____。
3.塔板上的异常操作现象包括____、____、____。
4.塔板的负荷性能图由五条线构成,它们是____、____、____、____、____。
5、流体力学性能的验算包括___、___、___、____、____。
6.塔板的操作弹性是指________。
7.气液在塔板上有四种接触状态,优良的接触状态是()和(),操作时一般控制在()。
①鼓泡接触状态②蜂窝接触状态③泡沫接触状态④喷射接触状态
8.板式塔塔板的漏液主要与()有关,液沫夹带主要与()有关,液泛主要与()有关。
①空塔气速②液体流量③板上液面落差④塔板间距
9、以下板塔中,操作弹性最大的是___,单板压降最小的是___,生产能力最大的是___,造价最低的是___。
A、泡罩塔B、筛板塔C、浮阀塔
10、在板式塔设计中,加大板间距,负荷性能图中液泛线___。
A、上移B、下移C、不变D、不确定
第九章
1、气液平衡
(1)
(2)
(3)
例题:
在连续精馏塔中分离苯(A)和甲苯(B)两组分理想溶液。
现场测得:
塔顶全凝器,第一层理论板的温度计读数为83℃,压力表读数pD=5.4kpa;塔釜温度计读数为112℃,压力表读数p2=12.0kpa。
试计算塔顶、塔釜的两产品组成和相对挥发度。
(当地大气压为101.3kpa)
塔顶:
xD=0.964aD=2.608
塔底:
xW=0.0509aW=2.372
2、物料衡算与操作线
例题
1、在连续精馏塔中分离甲醇水溶液。
原料液的处理量为3250kg/h,其中甲醇的摩尔分数为0.37(下同),泡点进料,操作回流比为2.5。
要求馏出液中甲醇的收率为94%,组成为0.96.试求:
(1)馏出液和釜残液的流量和组成;D=41.52W=73.08xW=0.0348
(2)精馏段、提馏段的气液相流量;L=103.8D=145.3L’=218.4D’=145.3
(3)欲获得馏出液46kmol/h,其最大可能组成;xD,max=44.17
(4)若保持馏出液组成为0.96,可能获得的最大馏出液量。
Dmax=44.17
2在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液,物系的平均相对挥发度为2.0。
馏出液组成0.94(摩尔分数,下同),釜残液组成为0.04,釜残液流量为150kmol/h。
回流比为最小回流比的1.2倍。
且已知进料方程为y=6x-1.5。
试求精馏段操作线方程与提留段操作线方程。
精:
y=0.76x+0.226提:
y=1.507x-0.0202
3、在连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。
料液处理量为120kmol/h,泡点进料,其组成为0.48(摩尔分数,下同)。
操作回流比为2,要求馏出液组成为0.94,轻组分收率95%。
物料的平均相对挥发度为2.48。
试分别计算泡点(83℃)和50℃回流下精馏段和提留段操作线方程。
回流液汽化热为3.2×104kJ/kmol,平均比热容为140kJ/(kmol·℃)。
83℃:
精:
y=0.667x+0.3133提:
y=1.354x-0.0165
50℃:
精:
y=0.696x+0.2859提:
y=1.323x-0.015
3、理论板层数的计算
(1)逐板计算法:
平衡方程、操作方程交替使用
(2)图解法
(3)简捷法
(4)塔高T
(5)总板效率、单板效率
(6)热量恒算:
P122,例9-12
例题、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
塔顶设置全凝器和分凝器,分凝器向塔顶提供泡点回流液,从全凝器得到馏出液产品。
原料液的处理量为160kmol/h,其组成为0.55(摩尔分数,下同),泡点进料。
已测得与进料成平衡的气相组成为0.71。
要求馏出液的组成为0.95,釜残液组成为0.04,精馏段操作气液比为1.4,试求:
(1)塔顶馏出液中易挥发组分的收率;96.8%
(2)操作回流比与最小回流比的比值;1.667
(3)离开塔顶第一层板的气液相组成;y1=0.9177、x1=0.8479
(4)若塔顶第一层板液相默弗里效率为0.6,再求离开该板气液相组成。
y1=0.9177、x1=0.8707
习题
1、蒸馏是依据______,通过建立两相体系,组分在两相间___而实现混合物分离操作的。
2、精馏过程连续操作的必要条件是___和___。
3、精馏塔的塔釜温度总是高于塔顶温度,其原因是______。
4、精馏塔进料可能有___种不同的热状况,当进料为气液混合物且气液摩尔比为2:
3时,则进料热状况参数q值为___。
5、精馏塔可分为___和___两段。
精馏塔从塔底到塔顶易挥发组分含量逐渐___,温度逐渐___。
操作时若发现塔顶温度升高,则分离效果___。
6、欲保持塔顶馏出液中轻组分收率不变,将间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热,则xW将___,所需理论板层数NT将___。
7、拉乌尔定律是说明()。
A、气相中两组分之间关系;
B、气相与液相中同一组分之间的平衡关系;
C、液相中两组分之间关系;
D、气相与液相中不同组分之间的平衡关系。
8、精馏塔的操作线为直线,是基于()。
A、理论板假设B、恒摩尔流假设
C、泡点回流D、理想物系
9、精馏塔采用全回流时,其两操作线()。
A、与对角线重合B、距平衡线最近
C、斜率为0D、在y轴上的截距为1
10、在精馏塔中相邻两层塔板(从上往下)上取三个样品yn、yn+1、xn,试判断如下两种操作方式中哪个分析结果正确:
全回流();部分回流()。
A、yn>yn+1>xnB、yn>yn+1=xn
C、yn>xn>yn+1、D、yn+1>yn>xn
11、气液相组成相同的两组分混合物,泡点t1和露点t2的关系是()。
A、t1>t2B、t1<t2C、t1=t2D、不确定
12、精馏塔的设计中,若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料,其他条件维持不变,则提馏段下降液体流量L’()。
(P总、R、a、F、D、W、xF、xD、xW、NT)
A、减小B、不变C、增加D、不确定
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